Membrane Gas Separation of CO-containing Mixtures: Current State and Prospects

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

The review presents the current state of research in the field of membrane separation of gas mixtures containing carbon monoxide (CO). The main advantages of the membrane method in comparison with traditional approaches such as cryogenic distillation and adsorption are considered, as well as its key limitations. The literature data on the transport properties and selectivity of various classes of membrane materials for the separation of practically important mixtures of CO/H₂, CO/CH₄, CO/CO₂, CO/N₂ and CO/O₂ are summarized. The main research directions, including the use of polymer, carbon, inorganic membranes, as well as membranes based on ionic liquids, are considered. The main difficulties limiting the industrial application of membrane technologies have also been identified, and promising directions for their development have been outlined in order to increase the efficiency of CO-containing mixtures separation processes.

Авторлар туралы

D. Matveev

Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, RAS

Email: dmatveev@ips.ac.ru
Leninsky prosp., 29, Moscow, 119991, Russia

E. Grushevenko

Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, RAS; Department of Chemistry, Lomonosov Moscow State University

Leninsky prosp., 29, Moscow, 119991, Russia; Leninskie Gory, Moscow, 119991, Russia

T. Anokhina

Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, RAS

Leninsky prosp., 29, Moscow, 119991, Russia

A. Volkov

Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, RAS

Leninsky prosp., 29, Moscow, 119991, Russia

A. Maksimov

Department of Chemistry, Lomonosov Moscow State University

Leninskie Gory, Moscow, 119991, Russia

I. Borisov

Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, RAS

Leninsky prosp., 29, Moscow, 119991, Russia

S. Bazhenov

Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, RAS

Leninsky prosp., 29, Moscow, 119991, Russia

Әдебиет тізімі

  1. Rizwan K., Galbraith J.M. // Molecules. 2024. V. 29. № 22. P. 5396.
  2. Weaver L.K. // N. Engl. J. Med. 2009. V. 360. P. 1217–1225.
  3. Market.us. Carbon Monoxide Market: Global Industry Analysis and Forecast 2023–2033. https://market.us/report/carbon-monoxide-market/ (дата обращения: 17.07.2025).
  4. Global Insight Services. Carbon Monoxide Market – Global Report 2024. URL: https://www.globalinsightservices.com/ reports/carbon-monoxide-market/ (дата обращения: 17.07.2025).
  5. Walker R.E. Ironmaking and Steelmaking: Theory and Practice. – New Delhi: PHI Learning Pvt. Ltd., 2008. 744 p.
  6. Mond L., Langer C., Quincke F. // J. Chem. Soc. Trans. 1890. V. 57. P. 749–753 .
  7. Beller M., Cornils B., Frohning C.D., Kohlpaintner C.W. // J. Mol. Catal. A. 1995. V. 104. P. 17–85 .
  8. Wu X.F., Neumann H., Beller M. // Chem. Soc. Rev. 2011. V. 40. P. 4986–5009.
  9. Olah G.A., Goeppert A., Prakash G.K.S. // Chem. Rev. 2009. V. 109. P. 208–225 .
  10. Dry M.E. // Catal. Today. 2002. V. 71. P. 227–241 .
  11. Higman C., van der Burgt M. Gasification. 2nd ed.: Gulf Professional Publishing, 2008. 456 p.
  12. Mandayo G.G., Castañeda A., Gracia I., Cané C., Pardo A. // Sensors and Actuators B: Chemical. 2003. V. 95. № 1–3 . P. 90–96 .
  13. Jain S.C., Willander M., Narayan J., Van Overstraeten R. // J. Appl. Phys. 2000. V. 87. P. 965–1006.
  14. Ryter S.W., Choi A.M.K. // Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 2013. V. 48. № 6. P. 689–690 .
  15. Motterlini R., Otterbein L.E. // Nat. Rev. Drug Discov. 2010. V. 9. P. 728–743 .
  16. Gabriele B. (ed.). Carbon Monoxide in Organic Synthes is: Carbonylation Chemistry: John Wiley & Sons, 2021. 439 p.
  17. Felton H.L. Carbon Monoxide: Its Chemistry, Biochemistry and Toxicology: New York: Plenum Press, 1980. 310 p.
  18. Golubev O.V., Maximov A.L. // Plasma Chem. Plasma Process. 2024. V. 44. № 6. P. 2087– 2100.
  19. Ma X., Gholami R., Fornasiero P. // Chem. Soc. Rev. 2023. V. 52. P. 3741–3777.
  20. Aga E., Saravanan A., Karthikeyan S., Sakthivel B. // ACS Omega. 2023. V. 8. P. 3200–3213.
  21. Singh D., Sirini P., Lombardi L. // Energies. 2025. V. 18. Art. 15.
  22. Trimm D.L. // Appl. Catal. A: General. 2005. V. 296. P. 1–11 .
  23. Rostrup-Nielsen J.R., Sehested J., Nørskov J.K. // Adv. Catal. 2002. V. 47. P. 65–139 .
  24. Olah G.A., Goeppert A., Prakash G.K.S. // J. Org. Chem. 2009. V. 74. P. 487–498 .
  25. Golubev D.A., Trukhanov A.A., Sokolov A.G., Ryzhkov A.V., Soloviev A.A., Panov A.S. // Plasma Chemistry and Plasma Processing. 2024. V. 44. P. 2087–2100.
  26. Kuznetsov N.Y., Maximov A.L., Beletskaya I.P. // Russ. J. Org. Chem. 2022. V. 58. № 12. P. 1681–1711.
  27. Bhattacharya A., Muthusamy S. // Int. J. Miner. Process. 2017. V. 2. № 5. P. 57–67 .
  28. Горбунов Д.Н., Волков А.В., Кардашева Ю.С., Максимов А.Л., Караханов Э.А. // Нефтехимия. 2015. Т. 55. № 6. С. 443.
  29. Bernardo P., Drioli E., Golemme G. // Ind. Eng. Chem. Res. 2009. V. 48. № 10. P. 4638–4663.
  30. Checchetto R., De Angelis M.G., Minelli M. // Sep. Purif. Technol. 2024. V. 346. P. 127401.
  31. James J., Lücking L.E., van Dijk H.A.J., Boon J. // Front. Chem. Eng. 2023. V. 5. P. 1066091.
  32. Duan S., Xu H., Zhang J., Shan M., Zhang S., Zhang Y., Wang X., Kapteijn F. // J. Membr. Sci. 2025. V. 717. P. 123595.
  33. Алентьев А.Ю., Ямпольский Ю.П., Видякин М.Н., Лазарева Ю.Н. // Высокомолекулярные соединения. Сер. А. 2006. Т. 48. № 10. С. 1876–1884.
  34. Leuter P., Fendt S., Spliethoff H. // Front. Energy Res. 2024. V. 12. P. 1382377.
  35. U.S. Department of Energy, National Energy Technology Laboratory. NETL Gasifipedia: Typical Syngas Composition. URL: www.netl.doe.gov/research/coal/energy-systems/gasification/gasifipedia/syngas-composition ( дата обращения: 23.07.2025).
  36. Hinchcliffe A.B. PhD Thesis, Aston University, 1991.
  37. Li R., Tang Q., Yin S., Sato T. // Fuel Process. Technol. 2006. V. 87. P. 617–622 .
  38. Zhang K., Zhang G., Liu X., Phan A.N., Luo K. // Ind. Eng. Chem. Res. 2017. V. 56. P. 3204–3216.
  39. D’Isa F.A, Carbone E.A.D., Hecimovic A., Fantz U. // Plasma Sources Sci. Technol. 2020. V. 29. № 10. P. 105009.
  40. Qiao J., Liu Y., Hong F., Zhang J. // Chem. Soc. Rev. 2014. V. 43. № 2. P. 631–675 .
  41. Lu Q., Jiao F. // Nano Energy. 2016. V. 29. P. 439–456 .
  42. Kumar B., Llorente M., Froehlich J., Dang T., Sathrum A., Kubiak C.P. // Annu. Rev. Phys. Chem. 2012. V. 63. P. 541–569 .
  43. Seh Z.W., Kibsgaard J., Dickens C.F., Chorkendorff I.B., Nørskov J.K., Jaramillo, T.F. // Science. 2017. V. 355. № 6321. P. eaad4998.
  44. Moulijn J.A., Makkee M., van Diepen A.E. Chemical Process Technology. 2nd ed.: Chichester: Wiley, 2013. P. 398–399 .
  45. Speight J.G. The Chemistry and Technology of Coal. 3rd ed., Boca Raton: CRC Press, 2013. P. 384.
  46. Glushkov D.O., Nyashina G.S., Anand R., Strizhak P.A. // Process Saf. Environ. Prot. 2021. V. 156. P. 43–56 .
  47. Soria J., Li R., Flamant G., Mazza G.D. // J. Anal. Appl. Pyrol. 2019. V. 140. P. 299–311 .
  48. Ma X., Albertsma J., Gabriels D., Horst R., Polat S., Snoeks C., Kapteijn F., Eral H.B., Vermaas D.A., Mei B., de Beer S., van der Veen M.A. // Chem. Soc. Rev. 2023. V. 52. № 11. P. 3741–3777.
  49. Baker R.W., Lokhandwala K.A. // Ind. Eng. Chem. Res. 2008. V. 47. № 7. P. 2109–2121.
  50. de Haan A.B., Eral H.B., Schuur B. Industrial separation processes: Fundamentals: Walter de Gruyter GmbH & Co KG, 2020. 439 p.
  51. Dutta N.N., Patil G.S. // Gas Sep. Purif. 1995. V. 9. № 4. P. 277–283 .
  52. Kerry F.G. Industrial gas handbook: gas separation and purification: CRC press, 2007. 552 p.
  53. Grande C.A. // Int. Sch. Res. Notices. 2012. V. 2012. № 1. P. 982934.
  54. Koizumu S., Fujita T., Sakuraya T. // Kawasaki Steel Giho. 1986. V. 18. № 3. P. 284–288 .
  55. Vega F., Sanna A., Navarrete B., Maroto-Valer M.M., Cortés, V.J. // Greenh. Gases: Sci. Technol. 2014. V. 4. № 6. P. 707–733 .
  56. Reynolds A.J., Verheyen T.V., Meuleman E. In: Degradation of amine-based solvents. In Absorption-Based Post-Combustion Capture of Carbon Dioxide: Woodhead Publishing, 2016. pp. 399–423 .
  57. Keller A., Schendel R., Denver C. Kinetics Technology International Corporation, California, AICHE Summer Meeting. 1988.
  58. Go Y.T., Yoon Y.S., Lee I.B., Lee S.Y. // J. chem. eng. Jpn. 2019. V. 52. № 5. P. 439–446 .
  59. Songolzadeh M., Soleimani M., Takht Ravanchi M., Songolzadeh R. // Sci. World J. 2014. V. 2014. P. 828131.
  60. Ramírez-Santos Á.A., Castel C., Favre E. // J. Membr. Sci. 2017. Т. 526. С. 191–204 .
  61. Ockwig N.W., Nenoff T.M. // Chemical reviews. 2007. V. 107. № 10. P. 4078–4110.
  62. Air Products and Chemicals Inc., Advanced Prism Membrane Systems For Cost Effective Gas Separations, 1999.
  63. Air Products and Chemicals Inc., PRISM Membrane Systems for petrochemical applications, 2016.
  64. Di Martino S.P., Glazer, J.L., Houston, C.D., Schott M.E. // Gas Sep. Purif. 1988. V. 2. № 3. P. 120–125 .
  65. McCandless F.P. // Ind. Eng. Chem. Proc. Design Devel. 1972. V. 11. № 4. P. 470–478 .
  66. David O.C., Gorri D., Urtiaga A., Ortiz I. // J. Membr. Sci. 2011. V. 378. № 1–2 . P. 359–368 .
  67. Tanaka K., Kita H., Okamoto K.I., Nakamura A., Kusuki Y. // Polym. J. 1989. V. 21. № 2. P. 127–135 .
  68. Tanaka K., Kita H., Okamoto K., Nakamura A., Ku- suki Y. // J. Membr. Sci. 1989. V. 47. № 1–2 . P. 203–215 .
  69. Park C.Y., Kim E.H., Kim J.H., Lee Y.M., Kim J.H. // Polymer. 2018. V. 151. P. 325–333 .
  70. Peer M., Mehdi Kamali S., Mahdeyarfar M., Mohammadi T. // Chem. Eng. Technol. 2007. V. 30. № 10. P. 1418–1425.
  71. Hamidavi F., Kargari A., Eliassi A. // Sep. Purif. Technol. 2021. V. 279. P. 119774.
  72. Sakaguchi Y., Tokai M., Kawada H., Kato Y. // Polym. J. 1988. V. 20. № 5. P. 365–370 .
  73. Merkel T.C., Gupta R.P., Turk B.S. Freeman B.D. // J. Membr. Sci. 2001. V. 191. № 1–2 . P. 85–94 .
  74. Wilks B., Rezac M.E. // J. Appl. Polym. Sci. 2002. V. 85. № 11. P. 2436 –2444.
  75. Bakhtin D.S., Kulikov L.A., Legkov S.A., Khotimskiy V.S., Levin I.S., Borisov I.L., Maksimov A.L., Volkov V.V., Karakhanov E.A., Volkov A.V. // J. Membr. Sci. 2018. V. 554. P. 211–220 .
  76. Hatori H., Takagi H., Yamada Y. // Carbon. 2004. V. 42. № 5–6 . P. 1169–1173.
  77. Sotowa K.I., Hasegawa Y., Kusakabe K., Morooka S. // Int. J. Hydrog. Energy. 2002. V. 27. № 3. P. 339–346 .
  78. Bernardo P., Algieri C., Barbieri G., Drioli E. // Sep. Purif. Technol. 2008. V. 62. № 3. P. 629– 635 .
  79. Varela-Gandia F. J., Berenguer-Murcia A., Lozano-Castello D., Cazorla-Amoros D. // J. Membr. Sci. 2010. V. 351. № 1–2 . P. 123–130 .
  80. Tu Z., Zhang P., Shi M., Zhang X., Wu Y., Hu X. // Renewable Energy. 2022. V. 196. P. 912–920 .
  81. Zarca G., Ortiz I., Urtiaga A. // Chem. Eng. Res. Des. 2014. V. 92. № 4. P. 764–768 .
  82. Gan Q., Rooney D., Xue M., Thompson G., Zou Y. // J. Membr. Sci. 2006. V. 280. № 1– 2 . P. 948–956 .
  83. Michaels A.S., Bixler H.J. // J. Polym. Sci. 1961. V. 50. № 154. P. 413–439 .
  84. Sefcik M.D., Schaefer J., May F.L., Raucher D., Dub S.M. // J. Polym. Sci. 1983. V. 21. № 7. P. 1041–1054.
  85. Yampol’skii Y.P., Volkov V.V. // J. Membr. Sci. 1991. V. 64. № 3. P. 191–228 .
  86. Pegoraro M., Zanderighi L., Penati A., Severini F., Bianchi F., Cao N., Sisto R., Valentini C. // J. Appl. Polym. Sci. 1991. V. 43. № 4. P. 687–697 .
  87. Checchetto R. // Sep. Purif. Technol. 2021. V. 277. P. 119477.
  88. Checchetto R., Scarpa M., De Angelis M.G., Minelli M. // J. Membr. Sci. 2022. V. 659. P. 120768.
  89. Matveev D., Anokhina T., Raeva A., Borisov I., Grushevenko E., Khashirova S., Volkov A., Bazhenov S., Volkov V., Maksimov A. // Polymers. 2024. V. 16. № 24. P. 3453.
  90. Park C.Y., Chang B.J., Kim J.H., Lee Y.M. // J. Membr. Sci. 2019. V. 587. P. 117167.
  91. Park C.H., Lee J.H., Jung J.P., Jung B., Kim J.H . // J. Membr. Sci. 2015. V. 492. P. 452.
  92. Cao N., Pegoraro M., Bianchi F., Di Landro L., Zanderighi L. // J. Appl. Polym. Sci. 1993. V. 48. № 10. P. 1831–1842.
  93. Feng S., Wu Y., Luo J., Wan Y. // J. Energy Chem. 2019. V. 29. P. 31–39 .
  94. David O.C., Zarca G., Gorri D., Urtiaga A., Ortiz I. / / Sep. Purif. Technol. 2012. V. 97. P. 65–72 .
  95. Chen H.Z., Chung T.S. // Int. J. Hydrogen Energy. 2012. V. 37. № 7. P. 6001–6011.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу

© Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».